收藏本站
《兰州大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

CICC导体在ITER工程应用中若干关键力学问题研究

岳动华  
【摘要】:"国际热核聚变实验堆(ITER)计划"是目前全球最大、影响最深远的国际科技合作项目之一。该计划旨在验证磁约束受控核聚变反应堆的科学性与技术可行性,通过由CICC(Cable in Conduit Conductor)导体绕制而成的托克马克装置产生强磁场,将上亿摄氏度的高温等离子体约束在磁笼内诱发可控热核聚变。2014年ITER组织磁体部门负责人Devred教授指出当前ITER用CICC导体主要面临三大挑战:1,CICC导体制备过程中普遍存在电缆穿管退扭问题,伴随着电缆节距增加引起交流损耗的增大,这将严重影响CICC导体电流输运特性及稳定性。2,CICC导体短样在热-电磁循环载荷作用下分流温度随循环加载次数的增加表现出退化行为,这就意味着按照目前这种设计方式,ITER仅能运行数千次,远低于原计划的3万次,这加剧了人们对ITER工程的担忧。3,高性能超导股线研发与接头制备。我们知道,托克马克装置中心场与环向场螺线管CICC超导电缆是由Nb3Sn超导股线经多级绞扭而成。而已有的研究表明Nb3Sn超导性能对力学变形极为敏感。因此,研究超导电缆的等效力学参数及其在多场作用下的力学行为是实现托克马克磁体系统安全性与稳定性设计的基础。本文针对超导电缆等效力学参数、穿管过程中的电缆退扭行为、热-电磁静载荷作用下的超导股线屈曲行为以及热-电磁循环载荷作用下的分流温度退化等关键科学问题开展实验与理论研究。本文主要研究内容如下:首先,基于细杆理论对一级子缆轴向拉伸时的应力应变状态进行了分析,建立了一级子缆轴向拉伸刚度模型。受限于绞线制备工艺,股线间通常存在间隙以及残余扭转变形。针对这两种情形下的一级缆拉伸刚度分别建立了弹簧模型及修正的细杆理论模型,两种模型理论计算结果与实验测试结果吻合良好。自行设计并完成绞线热膨胀系数高精度测试系统,对碳纤维绞线与凯夫拉绞线轴向热膨胀系数进行实验测试,得到绞线节距对轴向热膨胀系数的影响规律。随后在细杆理论的基础上引入热应变,建立了理想绞线结构的热膨胀系数预测模型,理论计算与实验结果相一致。最后在一级缆理论基础上建立了二级缆拉伸刚度与热膨胀系数理论模型。其次,针对CICC导体制备过程中电缆穿管退扭问题进行了研究。首先建立了瓣缆在包扎作用下的弯曲刚度模型以及超导电缆拉伸退扭理论模型。接着与电缆拉伸退扭实验测试结果进行对比,验证了理论模型的准确性。随后分别讨论了材料刚度、包扎力、叠包率、放线张力以及穿管牵引力等参数对瓣缆弯曲刚度以及整缆退扭量的影响,并给出了CICC导体退扭角随轴向牵引力的变化规律。再次,针对CICC导体在热-电磁静载荷作用下超导股线屈曲现象进行了理论分析,研究了包扎参数、摩擦系数、绞线节距对超导股线屈曲临界值的影响。计算结果显示节距是决定超导股线屈曲行为的关键,节距越小屈曲越难以发生;增加包扎率与包扎刚度可减小超导股线屈曲概率。此外增加股线表面摩擦系数也可以增加股线稳定性,同时也是增强超导电缆整体刚度的有效手段之一。最后,建立了CICC导体在热-电磁循环载荷作用下分流温度退化行为理论预测模型。在揭示了超导电缆横向压缩应变与轴向伸长变形之间转换关系的基础上,研究了电缆轴向压缩刚度与表面摩擦系数对超导电缆在热-电磁循环载荷作用下轴向压缩应变的影响。随后引入超导电缆轴向应变与分流温度关系,给出分流温度随电磁循环次数的变化规律。计算结果显示超导电缆的刚度对分流温度变化起决定性作用,即刚度越大电缆的轴向压缩应变越小,相应的分流温度退化量越小。此外,SULTAN测试装置的高低磁场分布特征是造成短节距CS导体分流温度上升的关键。以上理论预测结果均与SULTAN装置实验结果吻合良好。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TL631.24

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;Optimization model of a structural simulation design for a CICC[J];Chinese Science Bulletin;2011年27期
2 ;The AC losses measurement and analysis of superconducting NbTi CICC for HT-TU superconducting Tokamak[J];Nuclear Science and Techniques;2003年01期
3 武玉;A Calculation of Steady Pressure Drop and an Analysis of HT-7U CICC[J];Plasma Science & Technology;2002年04期
4 蒋华伟;吴建军;史磊;白浩;;基于稳定性和损耗CICC导体仿真设计研究[J];系统仿真学报;2010年03期
5 蒋华伟;李国平;赵玉娟;武松涛;;基于稳定性CICC设计模型[J];电工技术学报;2011年01期
6 方进,陈灼民,李保增,毕延芳,武松涛,翁佩德;Evaluation of AC Losses for HT-7U CICC on Plasma Disruption[J];Plasma Science & Technology;2000年06期
7 蒋华伟;武松涛;李国平;赵玉娟;;应变下Nb_3Sn基CICC温度分布变化模型[J];电工技术学报;2012年07期
8 蒋华伟;;损耗对CICC导体设计影响的模拟研究[J];低温与超导;2008年07期
9 刘文革;颜苏;;CICC型超导导体外壳制作工艺研究[J];航空制造技术;2011年11期
10 陈思跃 ,吴杰锋 ,陈行倩 ,张平 ,何畏 ,王海京 ,徐学富 ,易子安 ,高大明;A 600-m Jacketing Line of Cable-In-Conduit Conductor (CICC) and the First 600-m Dummy Cable[J];Plasma Science & Technology;2002年01期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 查学军;;ITER电流启动时边界等离子体和杂质的3D输运模拟[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年
2 陈晔斌;薛延河;陈开云;;ITER软X射线相机分析和初步设计[A];中国核科学技术进展报告(第二卷)——中国核学会2011年学术年会论文集第7册(核电子学与核探测技术分卷、脉冲功率技术及其应用分卷、核聚变与等离子体物理分卷)[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 记者 陈超;ITER过渡理事会第二次会议召开[N];科技日报;2007年
2 朱国艳;ITER:目标瞄准完美能源[N];科技日报;2006年
3 徐雅玲;探路核能第二极 中国跻身ITER俱乐部[N];中国经营报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 岳动华;CICC导体在ITER工程应用中若干关键力学问题研究[D];兰州大学;2017年
2 张科;ITER用Nb_3Sn超导线材微结构与电磁特性的研究[D];西北工业大学;2016年
3 杨勇;ITER极向场大功率非同相逆并联变流器电磁分析与设计[D];华中科技大学;2016年
4 张斌;CODAC Core System在ITER径向软X射线相机诊断中的应用研究[D];中国科学技术大学;2017年
5 杨琪;基于ITER的聚变堆屏蔽关键性问题研究[D];中国科学技术大学;2015年
6 曹宏睿;ITER中子通量探测的初步研究[D];中国科学技术大学;2012年
7 葛剑;考虑电磁与热耦合的ITER过渡馈线设计与实验研究[D];合肥工业大学;2014年
8 陈晔斌;ITER软X射线相机的研究[D];中国科学技术大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 毛文玉;极端环境下CICC超导结构有限元模拟及载流特性分析[D];华中科技大学;2012年
2 黄亮;用修改的GANDALF程序对CICC导体的稳定性分析[D];中国科学院研究生院(电工研究所);2005年
3 卓纳麟;ITER外真空杜瓦稳定性研究[D];合肥工业大学;2012年
4 杨洪;ITER下部垂直稳定性线圈性能分析及优化设计[D];中国科学技术大学;2014年
5 夏益宾;ITER水平诊断窗口插件结构分析与研究[D];合肥工业大学;2015年
6 张俊龙;ITER极向场PF1内馈线支撑的设计与分析[D];合肥工业大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026